Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thông tin di động CDMA

Đồ án tôt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG oOo BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thơng tin di động CDMA Sinh viên: Trần Văn Vinh Lớp: Đ02VT Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA LỜI NÓI ĐẦU Trong thập niên gần đây, với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật, nhà nghiên cứu không ngừng đưa phương pháp truyền tin mới, hiệu tiện dụng đáp ứng nhu cầu thông tin ngày cao người Phương pháp truyền dẫn di động phương pháp tiêu biểu Các hệ truyền dẫn di động liên tục đời thay công nghệ cũ, ban đầu công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA thông tin di động hệ thứ Khắc phục hạn chế hệ thứ nhất, hệ thống thông tin di động GSM đời phát triển rộng rãi với nhiều ưu điểm vượt trội Tuy nhiên, hệ thống GSM chưa đáp ứng yêu cầu hệ thống thơng tin thích hợp với truyền dẫn thoại liệu, lại tiết kiệm băng tần truyền dẫn Một yêu cầu đặt phải có hệ thống thơng tin với tính ưu việt hệ thống GSM Hệ thống CDMA đời với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã cho phép nhiều người sử dụng dùng chung dải tần truyền dẫn, với tốc độ truyền dẫn cao chứng tỏ vị trí tính ưu việt Ở Việt Nam, cơng nghệ CDMA khai thác quan tâm Tuy nhiên, phát triển công nghệ đại ln ln địi hỏi phải có sáng tạo mới, mà người ta khơng ngừng cải tiến hệ thống thông tin di động CDMA để tăng thêm tiện ích cho hệ thống Một phương pháp quan tâm sử dụng thiết bị thu phát thông minh Hệ thống anten thông minh lựa chọn hợp lý cho nhà nghiên cứu khai thác hệ thống Giàn anten thích ứng loại anten thông minh cho hiệu truyền dẫn cao Triển khai giàn anten thích ứng cho hệ thống thông tin di động CDMA lựa chọn phù hợp Vì cần nghiên cứu cách có hệ thống phổ biến rộng rãi Là sinh viên chuyên ngành Điện tử - viễn thơng, với mong muốn tìm hiểu sâu việc ứng dụng hệ thống anten thông minh góp phần vào Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA công xây dựng phát triển nâng cao chất lượng truyền dẫn di động nước ta thông qua việc ứng dụng anten thông minh, định lựa chọn đề tài “Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thơng tin di động CDMA” làm đề tài đồ án tốt nghiệp Đề tài “Ứng dụng giàn anten thích ứng cho thông tin di động CDMA” bao gồm phần mở đầu, kết luận phần nội dung đồ án với gần 80 trang chia làm ba chương:  Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA  Chương II Tổng quan giàn anten thích ứng  Chương III Giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA Để thực đồ án tốt nghiệp này, sử dụng kiến thức trang bị năm đại học kiến thức chọn lọc từ tài liệu thầy giáo, cô giáo ngồi học viện Ngồi ra, đồ án cịn sử dụng tài liệu anten thông minh phổ biến rộng rãi Internet Mặc dù cố gắng, hạn chế thời gian hiểu biết có hạn sinh viên nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Để đồ án hồn thiện hơn, tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo, cô giáo bạn sinh viên Trong trình thực đồ án, tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình từ phía câc thầy giáo, giáo Qua đây, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo Bộ môn Vô tuyến thầy cô Học viện công nghệ Bưu Viễn thơng đặc biệt giáo, thạc sỹ Phạm Thị Thuý Hiền giúp đỡ hướng dẫn tơi hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 22 tháng 10 nămg 2005 Sinh viên Vũ Xuân Đại Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA 1.1 Sơ lược hệ thống thông tin di động 1.1.1 Quá trình phát triển Thế kỷ qua chứng kiến thay đổi lớn phát triển công nghệ truyền tin Các công nghệ liên tục đời thay công nghệ cũ với nhiều ưu điểm vượt trội Có thể nói đời thông tin di động bước đột phá lớn công nghệ truyền tin Lịch sử phát triển thông tin di động thể cách sơ lược hình 1.1 [3 /6] Lần xuất vào năm 1920 quan quân Hoa Kỳ, máy di động lúc phương tiện lạc giữ đơn vị trinh sát, đến năm 1960 thực phát triển thành hệ thống sử dụng Máy điện thoại di động lúc tiện ích có dung lượng nhỏ Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA Mạng điện thoại di động đưa vào thương mại hoá vào đầu năm 1980, hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), sử dụng kỹ thuật truyền dẫn tương tự (Analoge) Hệ thống triển khai Bắc Mỹ với tên gọi AMPS (Analoge Mobile Phone System), sau gọi hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) GSM 900 TACS GPRS NMT 900 WCDMA GSM 1800 GSM 1900 GPRS IS 136 1900 IS - 95 1900 EDGE IS - 136 800 AMPS IS - 95 800 SMR iDEN 800 CDMA one 1G 2G G Cdma 2000 MX 3G Hình 1.2 Các hệ thơng tin di động Ngồi AMPS, Thế hệ thơng tin di động thứ gồm có hệ thống khai thác như: - TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thơng tin di động truy nhập tồn - NMT450 (Nordic Mobile Telephone 450): Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz - NMT900: Hệ thống thông tin di động Bắc Âu băng tần 900 MHz Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA - NTT (Nippon Telegraph and Telephone): Hệ thống điện thoại điện báo Nippon phát triển Do hạn chế công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) như: hạn chế dung lượng, tần số, chất lượng, khả truyền dẫn… thúc đẩy nhà nghiên cứu để tìm kỹ thuật truyền tin với phương pháp đa truy nhập khắc phục hạn chế Được phát triển từ năm 1982 với tên gọi ban đầu “Nhóm đặc trách di động” (Group Special Mobile) đánh dấu bước phát triển truyền dẫn di động việc sử dụng công nghệ số băng thấp Hệ thống GSM sử dụng hai công nghệ đa truy nhập FDMA TDMA dải tần sử dụng 900 MHz Hệ thống thông tin di động gọi hệ thống thông tin di động hệ hai (2G) Hệ thống 2G phát triển mạnh với nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ thống 1G Các hệ thống sử dụng công nghệ hệ 2G là: - IS-54 TDMA (Interim Standard 54 TDMA) - IS-136 TDMA - GSM (Global System for Mobile Communication): Hệ thống thơng tin di động tồn cầu - PCN (Personal Communication Network): Mạng thông tin cá nhân - CT-2 (Cordless Telecommunication): Điện thoại không dây - DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication): Viễn thông không dây số tiên tiến - PDC (Personal Digital Cellular): Hệ thống tổ ong số cá nhân Ngồi cịn có hệ thống nhắn tin tồn song song như: POCSAG, ERMES Việc ứng dụng kết nghiên cứu giúp nhà khai thác dịch vụ viễn thông cải thiện đáng kể vấn đề truyền dẫn Hệ thống GSM, Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA PDC hệ thống sử dụng TDMA khác phát triển công nghệ 2G+ (hay hệ 2,5G), dựa chuyển mạch gói và tăng tốc độ truyền số liệu lên tới 384kbps Các hệ thống 2G+ dựa công nghệ: HSCSD (High Speed Circuit-Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Hệ thống thông tin di động hệ ba (3G) hội tụ nhiều hệ thống viễn thông vô tuyến 2G hệ thống toàn cầu bao gồm thành phần vệ tinh mặt đất Là hệ thống ứng dụng công nghệ CDMA, làm việc dải tần GHz cho phép cung cấp nhiều dịch vụ tốc độ thấp tốc độ cao Một đặc điểm quan trọng 3G khả thống tiêu chuẩn ô CDMA, GSM, TDMA Có ba phương thức đạt kết WCDMA, CDMA2000 UWC136 (Universal Wireless Communication) CDMA2000 tương thích với CDMA hệ hai IS-95 phần lớn sử dụng Mỹ UWC, gọi IS-136HS, đề xuất TIA thiết kế theo chuẩn ANSI-136, tiêu chuẩn TDMA Bắc Mỹ WCDMA tương thích với mạng 2G GSM phổ biến châu Âu đa phần châu Á WCDMA sử dụng băng tần 5MHz 10 MHz, tạo nên tảng thích hợp cho nhiều ứng dụng Nó đặt mạng GSM, TDMA hay IS-95 sẵn có Mạng WCDMA sử dụng cho ứng dụng tốc độ cao hệ thống 2G sử dụng cho gọi thoại thông thường 1.1.2 Cấu trúc chung hệ thống thông tin di động 1.1.2.1 Mơ hình hệ thống thơng tin di động Hệ thống thơng tin di động hiểu tập hợp phần tử vật lý thực chức thu, phát, truyền dẫn tương thích phần tử với Hầu tất thiết bị chuẩn hố, mà nhà Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA cung cấp dịch vụ người sử dụng dùng thiết bị hãng khác để truy nhập vào hệ thống Mơ hình tham khảo hệ thống thơng tin di động thơng thường có dạng hình 1.3 MS OS AUX MT0 IWF PSPDN TE2 Sm MT0 BTS A-bis BS PSTN MSC Um TE2 R m ISDN MSC MT0 HLR VLR PLMN Các mạng TE3 R m DMH MT0 EIR AUC Các phận quản lý di động Các VLR khác Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống thơng tin di động Cấu trúc hệ thống thông tin di động bao gồm khối thực chức khác Ta tạm phân hệ thống thông tin di động thành: khối thiết bị di động, khối thiết bị tập trung khối thiết bị giao tiếp với mạng Trong cấu trúc hệ thống gồm có khối thiết bị sau:[1 /26] - MS (Mobile Station): Trạm di động thực chức truy nhập vào hệ thống di động thông qua giao diện vô tuyến - BTS (Base Transceivar Station): Trạm thu phát gốc bao gồm thiết bị thực nhiều chức phức tạp Trong phận quan trọng BTS TRAU thực chức mã hoá giải mã - BSC (Base Station Control): Bộ điều khiển trạm gốc thực chức quản lý tất thiết bị truy nhập hệ thống thông qua giao diện vô tuyến Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA - MSC (Mobile service Switching Center): Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động thực chức thiết lập gọi đến người sử dụng mạng di động Nó cung cấp giao diện giao tiếp BSC với mạng 1.1.2.2 Cấu trúc địa lý hệ thống thông tin di động Không giống với mạng truyền thông cố định, việc quản lý thiết bị di động vấn đề phức tạp Để thuận tiện việc quản lý mạng thiết bị di động người ta phân chia mạng di động theo cấu trúc địa lý Đây phương pháp hiệu cho phép người ta dễ dàng quản lý thiết bị xác định công suất phát hay lưu lượng cục mạng Theo phương pháp đó, người ta phân mạng di động thành vùng mạng, vùng phục vụ, vùng định vị ô - Phân chia theo vùng mạng: quốc gia thường phân thành nhiều vùng mạng viễn thông Mỗi vùng mạng đại diện tổng đài GMSC làm việc tổng đài trung kế, thực chức hỏi để định tuyến kết cuối trạm di động VLR VLR MSC MSC VLR MSC VLR GMSC MSC Hình 1.4 Các vùng phục vụ MSC/VLR Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án Tốt nghiệp Đại học - Chương I Tổng quan thông tin di động CDMA Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR: Mỗi mạng chia thành nhiều vùng nhỏ, vùng phục vụ MSC/VLR ta gọi vùng phục vụ MSC/VLR - Vùng định vị: Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR chia thành số vùng định vị LA Khi LA, trạm di động di chuyển tự mà khơng cần phải cập nhật thơng tin vị trí cho MSC/VLR Ở vùng này, thông báo phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi LA1 LA1 LA1 VLR MSC LA1 LA1 LA1 O1 O2 O3 Hình 1.5 Phần chia ô vùng vùng phục vụ MSC/VLR - Phân ơ: Ơ phạm vi định vị nhỏ nhất, xác định vùng phủ vô tuyến mạng nhân dạng ô toàn cầu (CGI – Cell Global Identify) 1.1.3 Đặc điểm truyền dẫn di động Việc truyền dẫn thông tin di động sử dụng giao diện truyền dẫn vô tuyến, việc truyền dẫn ln bị ảnh hưởng môi trường truyền dẫn hở hạn chế băng tần Môi trường truyền dẫn hở gây nhiều khó khăn cho việc đảm bảo chất lượng truyền tin Bởi lẽ, với môi trường hở, việc truyền tin phải chịu ảnh hưởng môi trường bên ngồi như: ảnh hưởng thời tiết, khí Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III Giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA cấu hình giàn anten thích ứng cho hệ thống thông tin di động CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng đa mã trải phổ đa tốc độ truyền tính tốn thơng qua hệ số tương quan chéo xác định theo công thức K  { y l (t ).rl* (t )} l 1  K (3.35) K 2  { | y l (t ) | }. { | rl (t ) | } l 1 l 1 Trong r(t) tín hiệu tham khảo miền thời gian Giả sử người dùng (l, m) người dùng yêu cầu, tín hiệu tham khảo r(t) xác định theo theo tín hiệu yêu cầu r(t) = sl,m(t) (3.36) Khi đó, tỉ số SINR đầu có kết cuối tính theo hệ số tương quan sau: SINRout   1  (3.37) 3.3.4 Độ khuếch đại lớn sử dụng mã trải phổ Cyclic Trong hệ thống CDMA đa tốc độ băng rộng, trễ trải phổ nguyên nhana chủ yếu dẫn đến tượng phađinh chọn lựa tần số đa đường, nguyên nhân tạo giới hạn việc truyền dẫn liệu tốc độ cao Khi tốc độ liệu tăng lên, ảnh hưởng nhiễu chèn ký tự vấn đề phát sinh phađinh nhiều đường trở nên nguy hiểm Giàn anten thích ứng cho phép làm giảm bởt pha đinh nhiều đường Tuy nhiên, để giàn anten thích ứng đạt hiệu cao làm tăng dàn trải trễ, tổng độ trễ thực chất khơng giảm Ở phầ ta xem xét lược đồ hệt thống CDMA, lược đồ có khác biệt hệ thống CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT 75 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III Giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA thêm vào tiền tố Cyclic mã trải phổ người dùng Người ta gọi lược đồ DS-CDMA mã trải phổ tiền tố Cyclic Hệ thống DS-CDMA sử dụng mã trải phổ tiền tố Cyclic với cấu trúc giàn anten thích ứng cho phép giảm thiểu pha đinh nhiều đường cho độ khuêch đại lớn môi trường phađinh nhiều đường K + LCP LCP K CP Mã trải phổ người dùng Ci,l,q(t) Copy chèn Hình 3.10 Mã trải phổ tiền tố Cyclic cho DS-CDMA Xét hệ thống CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp đa mã đa tốc độ, người dùng (l, q) gán mã cl,q(t) Sau đó, theo nguyên tắc phân chia, trình xử lý chia người dùng vật lý lớp q thành q người dùng hiệu quả, mã người dùng hiệu (i, l, q) cho cơng thức (3.33) Giả sử kênh truyền dẫn có pha đinh lựa chọn tần số đa đường vơi độ trễ lơn L chip LCP chip tiền tố Cyclic sử dụng mã trải phổ, mã có độ dài (K + LCP), với người dung (i, l, q) ta có cˆi ,l , q = [ci,l,m(K - LCP + 1) … Ci,l,m(K) ci,l,m (1) ci,l,m (2) … ci,l,m(K - LCP + 1) … Ci,l,m(K)]T Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT (3.38) 76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III Giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA Trong đó, chip LCP cuối mã trải phổ đươc copy chèn phía trước vectơ mã Ý tưởng chèn tiền tố Cyclic vào mã trải phổ chi đơn giản để sử dụng cho đơn sóng mang miền tần số tạo búp sóng miền tần số Tuy nhiên, phương pháp triển khai ứng dụng cho hệ thốg DS-CDMA Và loại mã gọi mã dàn trải tiền tố Cyclic Khi mã dàn trải tiền tố Cyclic đưa vào truyền dẫn, cấu hình hệ thống giàn anten thích ứng cho hình 3.8 chi cần thay đổi chút lọc tham số, cần mở rộng thêm [14 ] Ngồi khơng cần có thêm thay đổi Việc sử dụng mã dàn trải tiền tố Cyclic giảm vài đặc tính hiệu truyền dẫn, nhiên lại cho độ khuếch đại đa dạng đạt giá trị cực đại 3.4 Tổng kết chương III Trong chương này, đồ án trình bày kiến trúc kỹ thuật để triển khai hệ thống anten thông minh cho hệ thống thông tin di động CDMA việc ứng dụng giàn anten thích ứng cho hệ thống thơng tin di động CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp đa mã đa tốc độ Về vấn đề kiến trúc triển khai anten thông minh cho CDMA bao gồm cấu trúc hệ thống xử lý không gian cho hệ thống CDMA liên kết không liên kết, vấn đề xử lý khôg gian cho hệ thống nhiều người dùng việc tạo búp sóng cho đường xuống hệ thống CDMA Vấn đề trình triển khai ứng dụng giàn anten thích ứng cho hệ thống thông tin di động CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp hệ thống CDMA trải phổ chuỗi trực tíêp đa mã đa tốc độ, bao gồm vấn đề cấu trúc hệ thống, biểu thức dạng tín hiệu, đánh giá tỉ số tín hiệu tạp âm cho hệ thống Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT 77 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận KẾT LUẬN Với nghiên cứu được, em trình bày đồ án ba vấn đề: Thứ đồ án trình bày vấn đề chung hệ thống thông tin di động hệ thống thông tin di động CDMA Vấn đề thứ hai, đồ án trình bày hệ thống anten thơng minh mà cụ thể giàn anten thích ứng, nội dung trình bày khái niệm chung, tiều chuẩn chọn lựa hiệu năng, thuật toán thích ứng lợi ích việc sử dụng giàn anten thích ứng Từ nội dung nghiên cứu trên, phần thứ ba đồ án trình bày việc ứng dụng giàn anten thích ứng cho hệ thống thông tin di động CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp, thông qua vấn đề xây dựng cấu trúc hệ thống, dạng tín hiệu, SINR Ngồi mặt đạt được, đồ án tránh khỏi hạn chế thiếu sót Ở đây, đồ án đề cập đến việc ứng dụng giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA dạng công thức mô hình lý thuyết, chưa xây dựng hệ thống mơ phỏng, chưa có kết so sánh thực thực tế Từ xây dựng được, phát triển đồ án theo hướng xây dựng hệ thống mô cho việc ứng dụng giàn anten thích ứng cho hệ thống CDMA chương trình mơ lý thuyết Matlab,… xa xây dụng nên hệ thống sử dụng giàn anten thích ứng dạng thử nghiệm để có kết thực tế việc ứng dụng hệ thống - Vũ Xuân Đại - Lớp D2001 VT 78 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình thơng tin di động, NXB Bưu Điện, Hà Nội tháng năm 2002 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình thơng tin di động hệ ba, NXB Bưu Điện, Hà Nội tháng năm 2004 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng PGS TS Nguyễn Bình, Thơng tin di động hệ 3, Tập 1, NXB Bưu Điện, Hà Nội tháng 12 năm 2001 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, Học viện công nghệ bưu viễn thơng, 1999 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng Thông tin vệ tinh, Học viện cơng nghệ BCVT, 2004 Nguyễn Đình Lương, Bài giảng mơn học Truyền sóng – anten, Học viện cơng nghệ BCVT, khoa Viễn thống I, 1999 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng PGS TS Nguyễn Bình, CDMA one CDMA, tập 1, NXB Bưu Điện, Hà Nội tháng 11 năm 2003 Joseph C.Liberti, Jr and Theodore S.Rappaport, Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and third Generation CDMA Applications, Pretice Hall PTR, 1999 Tran Xuan Nam, T Taniguchi, and Y Karasawa, Theoretical analysis of subband adaptive array combining cyclic prefix data transmission scheme, IEICE Transaction on Communications, 2002 10 Tran Xuan Nam, T Omata, T Taniguchi, and Y Karasawa, Subband adaptive array for DS-CDMA mobile radio, Yokosuka Reserach Park, Nhật Bản, 2002 11 Y Zhang, K Yang, and M G Amin, Adaptive array procesing for multipath fading mitigation via exploitation of Transactions on Antennas and Propagation, 2001 filter banks, IEEE 12 R T Compton, The relationship between tapped delay-line and FFT processing in adaptive arrays", Transactions on Antennas and lxxix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận Propagation, 1988 13 A J Paulraj and C B Paradias, Space-time processing for wireless communications, IEEE Signal Procesing Magazine, vol 14, no 6, November 1997 14 Tran Xuan Nam, T Taniguchi, and Y Karasawa, Theoretical analysis of subband adaptive array combining cyclic prefix data transmission scheme, IEICE Transaction on Communications, December 2002 15 Tran Xuan Nam, T Taniguchi, and Y Karasawa, Performance analysis of subband adaptive array in multipath fading environment, IEICE Transaction on Fundamentals, August 2002 16 B D Van Veen and K M Buckley, Beamforming: A versatile approach to spatial filtering", IEEE Signal Processing Magazine, April 1988 17 R A Monzingo and T W Miller, Introduction to Adaptive Arrays, John Wiley & Sons, 1980 18 L C Godara, Application of antenna arrays to mobile communications, part 2: Beam-forming and direction-of-arrival Proceedings of the IEEE, August 1997 considerations, 19 J Litva and T K.-Y Lo, Digital Beamforming in Wireless Communications, Artech House, 1996 20 B Widrow and S D Stearns, Adaptive Signal Processing, Prentice Hall, 1985 21 G V Tsoulos, Smart antennas for mobile communication systems, Electronics and Communication Engineering Journal, April 1999 22 C L I and R D Gitlin, Multi-code CDMA wireless personal communications networks, IEEE Communications, USA, 1995 International Conference on MỤC LỤC MỤC LỤC i MỤC LỤC HÌNH iv lxxx LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐÔNG 1.1 Sơ lược hệ thống thông tin di động 1.1.1 Quá trình phát triển 1.1.2 Cấu trúc chung hệ thống thông tin di động 1.1.2.1 Mơ hình hệ thống thông tin di động 1.1.2.2 Cấu trúc địa lý hệ thống thông tin di động 1.1.3 Đặc điểm truyền dẫn di động 1.1.3.1 Suy hao đường truyền 10 1.1.3.2 Pha đinh 12 1.1.3.3 Đồng chỉnh thời gian 12 1.2 Hệ thống thông tin di động CDMA 14 1.2.1 Trải phổ 14 1.2.2 Đa truy nhập vô tuyến 17 1.2.3 Hệ thống thông tin di động CDMA 19 1.3 Tình hình phát triển thơng tin di động 21 1.3.1 Tình hình chung giới 21 1.3.2 Việc phát triển thông tin di động Việt Nam 22 1.4 Tổng kết chương I 23 Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG 24 2.1 Khái niệm chung 24 2.1.1 Anten anten thông minh 24 2.1.1.1 Khái niệm chung anten 24 2.1.1.2 Anten thông minh 25 2.2.2 Anten giàn thích ứng (AAA) 29 2.2.2.1 Khái niệm 29 2.2.2.2 Dạng tín hiệu giàn anten thích ứng 31 lxxxi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận 2.2 Tạo búp sóng thích ứng 34 2.3 Tiêu chuẩn chọn lựa hiệu 38 2.3.1 Bình phương trung bình lỗi nhỏ (MMSE) 38 2.3.2 Tỉ số tín hiệu tạp âm nhiễu lớn (MSINR) 40 2.3.2 Độ dao động nhỏ (MV) 42 2.4 Thuật tốn thích ứng 42 2.4.1 Thuật tốn bình phương trung bình tối thiểu (LMS) 44 2.4.2 Thuật tốn đệ quy bình phương tối thiểu 45 2.4.3 Thuật toán nghịch đảo ma trận mẫu 46 2.5 Lợi ích giàn anten thích ứng 47 2.5.1 Cải thiện chất lượng tín hiệu 47 2.5.2 Mở rộng phạm vi truyền tin 48 2.5.3 Tiết kiệm công suất 50 2.6 Tổng kết chương II 50 Chương III: GIÀN ANTEN THÍCH ỨNG CHO HỆ THỐNG CDMA 51 3.1 Các kỹ thuật anten thông minh cho thông tin di động 51 3.1.1 Bộ xử lý không gian CDMA không liên kết 52 3.1.2 Bộ xử lý không gian CDMA liên kết 53 3.1.3 Bộ xử lý không gian cho hệ thống đa người dùng 55 3.1.4 Tạo búp sóng đường xuống cho hệ thống CDMA 56 3.2 Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA 58 3.2.1 Cấu hình hệ thống giàn thích ứng cho DS-CDMA 59 3.2.2 Dạng tín hiệu 60 3.2.3 Tỉ số tín hiệu nhiễu SNIR 63 3.2.4 So sánh với máy thu RAKE 64 3.2.4.1 Đối với kênh truyền thông đơn đường 66 3.2.4.2 Đối với kênh phađinh lựa chọn tần số đa đường 67 3.2.4.3 Độ phức tạp tính tốn 67 lxxxii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận 3.3 Giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã, đa tốc độ 68 3.3.1 Thế hệ DS-CDMA đa mã đa tốc độ 68 3.3.2 Cấu hình SBAA cho hệ thống DS-CDMA đa mã 70 3.3.3 Dạng tín hiệu 72 3.3.4 Tỉ số SINR 75 3.3.5 Độ khuếch đại lớn sử dụng mã trải phổ Cyclic 75 3.4 Tổng kết chương III 77 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 lxxxiii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tôt nghiệp Đại học Mục lục hình MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Q trình phát triển hệ thống thơng tin di động Hình 1.2 Các hệ thơng tin di động Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống thơng tin di động Hình 1.4 Các vùng phục vụ MSC/VLR Hình 1.5 Phần chia vùng vùng phục vụ MSC/VLR Hình 1.6 Dạng tín hiệu trải phổ 17 Hình 2.1 Sự thay đổi đồ thị xạ thuê bao di chuyển 26 Hình 2.2 Các loại cấu trúc anten thông minh 27 Hình 2.3 Một mạng SB dùng mạng tạo tia để tạo M tia từ M phần tử anten 29 Hình 2.4 Giàn anten thích ứng M phần tử 30 Hình 2.5 Cấu trúc giàn anten thích ứng 30 Hình 2.6 Dạng tín hiệu giàn anten thích ứng 31 Hình 2.7 Cấu trúc tạo búp băng hẹp 35 Hình 2.8 Bộ tạo búp băng hẹp sử dụng TDL 36 Hình 2.9 Bộ tạo búp miền tần số sử dụng FFT 37 Hình 2.10 Chât lượng tín hiệu giàn anten thích ứng 48 Hình 2.11 Cải thiện vùng phủ sóng nhờ giàn anten thích ứng 49 Hình 3.1 Mơ hình lọc không gian cho trạm gốc CDMA 52 Hình 3.2 Triển khai hệ thống nhiều anten không liên kết cho thu trạm gốc CDMA 52 Hình 3.3 Giàn liên kết cho thiết bị thu hệ thống CDMA 54 Hình 3.4 Bộ xử lý không gian cho nhiều người sử dụng 55 Hình 3.5 Hệ thống điều khiển cơng suất không gian đường xuống cho hệ thống CDMA 58 Hình 3.6 Giàn anten thích ứng cho DS-CDMA 59 Hình 3.7 Máy thu RAKE hai chiều tiêu chuẩn cho DS-CDMA 65 Hình 3.8 Hệ thống DS-CDMA đa mã hai tốc độ 69 Hình 3.9 Cấu trúc giàn anten thích ứng cho hệ thống DS-CDMA đa mã đa tốc độ 71 Hình 3.10 Mã trải phổ tiền tố Cyclic cho DS-CDMA 76 Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT lxxxiv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1D RAKE one Dimensional RAKE Máy thu RAKE chiều 2D RAKE 1G two Dimensional RAKE 1st Generator Máy thu RAKE hai chiều Thông tin di động hệ thứ 2G 3G 2nd Generator 3rd Generator Thông tin di động hệ hai Thế hệ thông tin di động thứ ba AAA AGC Adaptive Array Antenna Automatic Gain Control Anten giàn thích ứng Tự động điều chỉnh hệ số AMPS Advanced Mobile Phone Service khuếch đại Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AOA AUC BCCH BPSK Angle Of Arrival AUthentication Center Broadcast Control CHannel Binary Phase Shift Keying Góc tới Trung tâm nhận thực Kênh điều khiển quảng bá Điều chế khoá chuyển pha hai BS BSC BTS CDMA CRC Base Station Base Station Controller Base Transceiver Station Code Division Multiple Access Cyclic Redundancy Code Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Mã dư vòng CT-2 Cordless Telecommunication Điện thoại không dây D-AMPS DECT Digital AMPS Digital Enhanced Cordless AMPS số Viễn thông không dây số tiên DOA Telecommunication Direction Of Arrival tiến Hướng tới DoF Degree of Freedom DS-CDMA Direct Sequence CDMA DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT Độ dỗi CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp Trải phổ chuỗi trực tiếp 85 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo EDGE Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ liệu gói tăng cường Evolution để phát triển GSM EIR Equipment Identify Register Bộ nhận dạng thiết bị ETACS Extended TACS TACS mở rộng FDD FDMA Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Fast Fourier Transform Ghép song công theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Biến đổi Fourier nhanh Frequency Hopping Spread Spectrum Gateway Mobile service Switching Center General Packet Radio Service trải phổ nhảy tần (FHSS GPRS GSM General Packet Radio System Global System for Mobile Communication Hệ thống vơ tuyến gói chung Hệ thống thơng tin di động tồn cầu HSCSD High Speed Circuit-Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao IF IFFT IS-136 Intermidiate Frequency Tín hiệu trung tần Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier nhanh Interim Standard -136 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến Mỹ AT&T đề xuất FFT FHSS GMSC GPRS Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng Dịch vụ vơ tuyến gói chung ISI IWF Inter Symbol Interference InterWorking Functions Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA Mỹ AT&T phát triển Nhiễu giao thoa kí tự Các chức tương tác JTACS LA Japanish TACS Location Area TACS Nhật Bản phát triển Vùng định vị IS-54 Interim Standard 54 Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT 86 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo LMS Least Mean Square Bình phương trung bình tối thiều LUSA Linear Uniform Space Array Giàn cách tuyến tính MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập ML MMSE Maximum Likelihood Minimum Mean Square Error MS Mobile Station Giá trị lớn Trung bình bình phương lỗi nhỏ Trạm di động MSC Mobile service Switching Center Mean Square Error Maximum Signal to Interference plus Noise Ratio Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Trung bình bình phương lỗi Tỉ số tín hiệu tổng nhiễu tạp âm lớn MT MV NAMPS Mobile Terminal Minimum Variance Narrow AMPS Kết cuối trạm di động Độ dao động nhỏ AMPS băng hẹp NMT450 Nordic Mobile Telephone 450 MHz Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz NMT900 NRZ NTACS NTT Nordic Mobile Telephone 900 MHz Null Return to Zero Narrow TACS Nippon Telegraph and Hệ thống thông tin di động Bắc Âu băng tần 900 MHz Chuỗi xung không trởi không TACS băng hẹp Hệ thống điện thoại điện báo P/S Telephone Parallel-to-Serial conversion Nippon phát triển Bộ biến đổi song song sang nối tiếp Mạng thông tin cá nhân MSE MSINR PCN Personal Communication Network PDC PIC Personal Digital Cellular Parallel Interference Canceler Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT Hệ thống tổ ong số cá nhân Bộ chống nhiễu song song 87 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo PN REF Pseudo Noise Range Extension Factor Giả tạp âm ngẫu nhiên Nhân tố mở rộng dải RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RLS Recursive Least Squares Đệ quy bình phương tối thiều S/P Serial to Parallel conversion SB SBA Switched Beam Switched Beam Antenna Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song Hệ thống chuyển búp sóng Anten chuyển búp SBAA SI SINR SMI Subband Adaptive Antennas Self Interference Signal to Interference plus Noise Ratio Sample Matrix Inversion Hệ thống anten thích ứng Tự nhiễu Tỉ số tín hiệu tổng nhiễu tạp âm Nghịch đảo ma trận mẫu SNR SS TACS Signal to Noise Rate Spread Spectrum Total Access Communication Tỉ số tín hiệu nhiễu Trải phổ Hệ thống viễn thông truy nhập TAF System Terminal Adaptive Function tồn Bộ thích ứng đầu cuối TDD TDMA TE THSS Time Division Duplex Ghép song công theo thời gian Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian Termianl Equipment Thiết bị đầu cuối Time Hopping Spread trải phổ dịch thời gian VLR Spectrum Transcoder/Adapter Rate Unit Universal Mobile Telecommunication System Visitor Location Register Khối chuyển đổi mã tốc độ Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Bộ ghi định vị thường WCDMA WCMF Wideband CDMA Walsh Chip Matched Filter CDMA Băng rộng Bộ lọc đối xứng chip Walsh TRAU UMTS Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT 88 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Đại học [a /b] Tài liệu tham khảo Tham khảo trang b, tài liệu tham khảo thứ a (trong danh mục tài liệu tham khảo) [a] Tài liệu tham khảo thứ a Vũ xuân Đại - Lớp D2001 VT 89 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... quan thông tin di động CDMA công xây dựng phát triển nâng cao chất lượng truyền dẫn di động nước ta thông qua việc ứng dụng anten thông minh, định lựa chọn đề tài ? ?Ứng dụng giàn anten thích ứng cho. .. sử dụng cho ứng dụng tốc độ cao hệ thống 2G sử dụng cho gọi thoại thông thường 1.1.2 Cấu trúc chung hệ thống thơng tin di động 1.1.2.1 Mơ hình hệ thống thông tin di động Hệ thống thông tin di động. .. thông tin di động CDMA Trong chương tiếp theo, đồ án trình bày hệ thống anten thơng minh giàn anten thích ứng, để qua nghiên cứu phương pháp ứng dụng giàn anten thích ứng cho hệ thống thơng tin